试析沥青路面冷再生技术应用现状
2015-07-15
冷再生技术不仅可以节约资源，100％利用旧沥青混合料，还能够延长施工季节，改善施工条件，减少环境污染。与传统方法相比，一般情况下冷再生可节省40％～50％左右的投资，还能有效解决原路面开裂、车辙等病害。本文借鉴国际上已有成果，探讨冷再生沥青路面结构方法，为完整的冷再生沥青路面结构设计提供借鉴。
一、沥青路面冷再生技术
1、沥青路面冷再生技术概论
沥青路面再生技术将旧沥青路面材料经适当加工，按比例加入一定量胶结材料或再生剂（如果需要，还可以加入部分新集料），制成混合料重复利用的一种路面养护维修技术。按工艺不同，分热再生技术和冷再生技术。热再生技术用于恢复老化沥青粘结性，重新发挥胶结料作用，再生利用沥青资源，所以能够用于热再生的材料只能是沥青面层材料。而冷再生技术主要是重复使用原有的路面材料（起骨料作用），因此冷再生路面材料可以是沥青面层材料，也可是无机结合料稳定的基层材料。自然温度下，冷再生经历沥青路面破碎、翻挖、新材料添加、拌和、摊铺、压实成型，从而重新形成路面结构层，其主要作路面的基层或底基层，也可作低等级公路面层。
2、该技术研究现状
废旧沥青路面材料再生利用研究最早从1915年在美国开始，但由于之后大规模新路建设，加之再生沥青混合料性价比与新拌沥青混合料差距较大，施工关键设备无法满足期望等原因，这项技术没有引起足够重视。
国外发达国家沥青路面再生已形成一个技术系统。我国早期只将旧沥青混合料用于轻交通道路、人行道或道路垫层，1982年山西省在大中型道路工程铺筑沥青再生试验80余公里。1983～1988年，云南省分别对昆碗、昆洛、贵昆路进行再生沥青路面试验。1998年10月邯郸市引进世界最先进再生机――德国维特根公司WR2500，首次利用现场再生技术对境内一段路进行改造。2006年，江苏省在沪宁高速改扩建中采用沥青路面厂拌冷再生作为柔性基础，效果较好；江西昌九高速维修工程也将乳化沥青厂拌冷再生对旧沥青路面进行再生处理，用于基层。
这些再生利用旧沥青路面工作的成功为我国旧沥青路面再生提供了经验，为下一步工作奠定了基础。但是，沥青路面再生技术在国内研究仍处开始阶段，虽有应用但没有大规模推广，该项技术也未形成系统。冷再生沥青路面的结构设计还没有一个完整方法，也未有相关资料文献。
二、冷再生沥青路面结构设计
冷再生沥青混合料强度的实现是经交通荷载与自然相互作用，通过水分蒸发和密度增加逐步发展起来。在路面铺筑完1-2年或更长时间后，冷再生沥青混合料抗磨耗能力就会得到降低，会导致不可逆的松散破坏。所以，一般不直接在路表面应用冷再生沥青混合料。
1、最小表面层厚度
初期，冷再生沥青混合料抗磨耗能力相对比较低，经交通荷载与自然的作用，往往会出现松散损坏，为此，冷再生沥青混合料结构层上一般要设一层高质量的表面层。而如何确定冷再生沥青混合料上表面层最小厚度，更多是依靠积累经验，还难从理论计算上根本解决。
美国沥青协会在冷再生沥青路面结构设计方法中对冷再生沥青混合料上面层最小厚度提供了重要的参考数据，如表1所示。其中，以80-kN ESAL表示交通荷载，与我国现行JTG D50规范100-kN BZZ-100不同，但是对于两者之间是可以采取恰当的公式进行转化的。
注：a：80-kN当量轴载；c：沥青混凝土或Ⅰ型乳化沥青罩面处理
2、冷再生沥青混合料配合比设计
进行冷再生沥青混合料配合比设计操作包括：确定混合料级配、原材料试验、试件制作及养生、确定最佳油石比和最佳含水量等。设计混合料配合比是沥青路面冷再生的重要内容，是进行相关室内试验来确定冷再生沥青混合料性能的基础。
2.2.1原材料试验
冷再生沥青路面材料由之前破碎的旧沥青路面材料、低粘度沥青、少量新集料、少量再生剂、泡沫沥青或乳化沥青、少量水泥组成，典型的是在常温下乳化沥青加破碎的旧沥青路面材料拌制的混合料。材料组成的多样性决定了冷再生混合材料具有复的杂性质。为此，需要对冷再生沥青混合料各组成成分进行原材料试验分析，确定其满足各项技术要求。
2.2.2级配确定
美国沥青协会把冷再生沥青混合料分为两大类，A类和B类。A类是集料级配能够满足表2中A、B、C、D的混合料（简单处理、轧制碎石、天然料场或河岸料场），B类是集料级配满足表２中E、F、G的混合料（砂或粉砂）。
表2美国沥青协会冷再生混合料集料级配
2.2.3试件成型方法
在试验室中进行乳化沥青冷再生混合料试件试验可以参照JTJ 052规程T 0702“沥青混合料试件制作方法（击实法）”，在室温（22±5℃）中操作。首先加适量水在矿物集料中，拌和均匀，完全湿润集料表面；再注入适量乳化沥青，在1min时间内均匀搅拌，让混合料变成褐色；最后把混合料装入试模，击实成型。需注意，要在乳化沥青破乳前做好混合料的击实工作，两面各击50次后，连同试模横放24ｈ，之后再两面各击25次，进行脱模处理；最后将试件放在60℃通风烘箱中72ｈ进行养生，但在养生中要注意确保其中没有水分，完全干燥。
2.2.4确定最佳含水量和油石比
最终再生沥青混合料强度与压实后密度有直接关联，密度越大，强度越高。适量的水让乳化沥青裹覆在集料表面均匀分散，同时润滑集料有利于混合料压实。在混合料压实过程中，如果水分过少，乳化沥青就难以分散、集料颗粒之间的润滑就不充分，混合料难以压实。而如果水分过多，动水压力会在击实过程中增加，也难以压实混合料，同时还可能导致乳化沥青流失、养生时间过长降低强度。因此，在进行冷再生沥青混合料压实工作时，其处理方法要和土的压实相似，达到最佳含水量，让混合料干密度实现最大值。
确定最佳油石比是冷再生混合料配合比设计实验室主要试验目的之一。目前，冷再生混合料配合比设计在国内外还没有一个统一的步骤，各相关机构更多的是依据试验结果及之前的实践经验来建立设计指导方法。与采用60℃马歇尔试验的热拌沥青混合料设计不同，冷再生混合料最佳油石比的确定试验呈多样化，有劈裂试验、马歇尔试验、无侧限抗压强度试验及其他方法，试验温度也不局限在60℃，也可是25℃或其他；试件状态可是养护后干燥，也可是再浸水后湿润。此外，也有不进行实验室试验而只依据集料级配计算最佳油石比，如美国沥青协会 MS-21手册中的方法。相比热拌沥青混合料，通常冷再生混合料配合比设计步骤要更简单粗略些。
三、冷再生沥青混合料应用中存在的问题
1、压实度
通常最大干密度在试验室与实际施工有较大差距，主要是：
3.1.1再生材料变异性大
冷再生尤其是就地冷再生技术有个固有特征：铣刨材料级配有较大变异性。原路面大量修补也会有一些变异性。而再生材料最大干密度甚至会出现最大变异超过5％的情况。因此，多数工程在测定现场密度的地方测定最大干密度，每一路段使用一个标准密度，施工时增加室内土工击实试验的频率，尽量消除这种变异性。
3.1.2现场材料含水量影响
再生后的材料现场密度受材料含水量影响大。如果材料含水量低于最佳含水量，可增加压实功来满足压实度要求；而如果含水量超过最佳含水量，再生层压实度就会难达到压实度要求，这就需要在施工中加强对含水量的监控，原路面含水量超过最佳含水量的，需要在铣刨后进行晾晒，再进行再生施工。
3.1.3压实设备与工艺
冷再生混合料胶结料黏度较大，对冷再生材料压实要求比一般材料高，因此须选大吨位压路机充分压实，提高压实度水平，减小压实度变异性。
2、使用性能
再生材料变异性、压实不均匀性也让再生沥青混合料的性能有较大差异。冷再生沥青混合料强度随水分蒸发、车辆荷载压实逐渐发展，如何对变化的使用性能进行评价并将其融入路面结构设计也是一难题。
四、结束语
冷再生沥青路面能够大幅度降低路面维修成本，提高维修质量，保持路面完整，缩短施工工序。同时，再生利用旧料从而减少了新筑路料的开采料，而且现场冷再生也没有旧料运输与存放问题，所以这是一项绿色环保技术。
